復(fù)合纖維的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及鑒別技術(shù)進(jìn)展

魏純香，倪冰選

(1.蘇州中紡聯(lián)檢驗(yàn)技術(shù)服務(wù)有限公司, 江蘇 蘇州 215200； 2.中紡協(xié)東莞檢驗(yàn)技術(shù)服務(wù)有限公司，廣東 東莞 523900)

復(fù)合纖維是將兩種(或兩種以上)高聚物熔體或溶液分別輸人同一個(gè)紡絲組件中，在組件適當(dāng)部位匯合，通過(guò)同一個(gè)噴絲孔中噴出而成為一根纖維，稱為復(fù)合纖維。復(fù)合纖維常用的聚合物材料主要包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酯、聚酰胺等。常見的復(fù)合纖維有PE/PP復(fù)合纖維、PE/聚酰胺復(fù)合纖維、PE/聚酯復(fù)合纖維、聚酰胺/聚酯復(fù)合纖維、低熔點(diǎn)聚酯/普通聚酯復(fù)合纖維等。隨著紡絲技術(shù)的發(fā)展和紡織產(chǎn)品發(fā)展需求，目前越來(lái)越多的復(fù)合纖維被應(yīng)用于紡織領(lǐng)域中，包括服裝、醫(yī)用和衛(wèi)生用紡織品、各類揩布、纖維過(guò)濾材料、地毯、人造麂皮、保暖絮片、填充物、非織造布、特殊工作服和工業(yè)用紡織品等方面。因此，研究并定性鑒別復(fù)合纖維具有重要的意義。

1 復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)分類

復(fù)合纖維一般按照復(fù)合結(jié)構(gòu)分類，可分為皮芯型復(fù)合纖維、基質(zhì)原纖型復(fù)合纖維、并列型復(fù)合纖維。目前市場(chǎng)上較為常見的是皮芯型復(fù)合纖維和基質(zhì)原纖型復(fù)合纖維，同時(shí)復(fù)合纖維多以兩種聚合物進(jìn)行復(fù)合[1-2]。皮芯型復(fù)合纖維按照芯層位置又可分為同心型皮芯結(jié)構(gòu)和偏心皮芯結(jié)構(gòu)兩類。偏心皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維由于聚合物間的性能差別，其纖維具有一定的卷曲性能。皮芯型復(fù)合纖維的皮層纖維還可以提供可染性、穩(wěn)定性等特性，而芯層纖維可以提供材料的強(qiáng)度等特性，從而獲得性能優(yōu)異的纖維。并列型復(fù)合纖維的兩個(gè)組分分布呈并列排布，兩個(gè)組分可以是完全不同的聚合物，這種復(fù)合纖維具有三維空間卷曲性能。基質(zhì)原纖型復(fù)合纖維主要用于生產(chǎn)超細(xì)纖維和多孔中空纖維?；|(zhì)原纖型復(fù)合纖維可以分為海島型、橘瓣型、多層型3種類型。

2 復(fù)合纖維相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

有關(guān)復(fù)合纖維的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示[6-16]。

表1 復(fù)合纖維的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Related standards of composite fiber

在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 29862—2013《紡織品 纖維含量的標(biāo)識(shí)》[6]中，關(guān)于復(fù)合纖維的表述在附錄B(資料性附錄)“其他纖維或材料的標(biāo)注示例”中，要求采用GB/T 4146.1中規(guī)定的名稱，列出每種組分名稱+復(fù)合纖維，組分之間用“/”分開，例如：100% 丙綸/滌綸復(fù)合纖維。

在海關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HS/T 46—2014《低熔點(diǎn)復(fù)合滌綸短纖維的鑒別方法》[7]中，主要用于鑒別低熔點(diǎn)復(fù)合滌綸短纖維和一般滌綸短纖維。首先用紅外光譜分析方法鑒別是否為滌綸，然后根據(jù)一般滌綸短纖維和低熔點(diǎn)復(fù)合滌綸短纖維橫截面形態(tài)特征和熱性能的不同，對(duì)兩種纖維進(jìn)行鑒別。低熔點(diǎn)復(fù)合滌綸短纖維橫截面呈現(xiàn)中心部分暗和周邊部分亮的皮芯形態(tài)特征，其置于180 ℃的溫度下，出現(xiàn)明顯的皮層熔融現(xiàn)象，即周邊部分出現(xiàn)熔融現(xiàn)象，纖維間黏連，一般滌綸短纖維在180℃溫度下不發(fā)生熔融現(xiàn)象。

3 復(fù)合纖維鑒別方法

從目前的研究鑒別現(xiàn)狀看，除了常用的燃燒法[17]、顯微鏡觀察法[18]、溶解法[19]等以外，熱分析技術(shù)和光譜技術(shù)對(duì)于復(fù)合纖維的準(zhǔn)確鑒別是非常重要的。

纖維鑒別一般是利用纖維自身特有的物理化學(xué)特性，采用不同的分析方法對(duì)未知纖維試樣進(jìn)行分析，通過(guò)多種方法相結(jié)合來(lái)鑒別未知纖維的類別。目前常用的燃燒法、顯微鏡觀察法、溶解法等一般只能用于普通紡織纖維的鑒別。對(duì)于復(fù)合纖維而言，一根纖維上具有兩種及以上的化合物，并且復(fù)合結(jié)構(gòu)具有多樣性，因此，燃燒法、溶解法等難以有效鑒別復(fù)合纖維類別。

熱分析方法能夠有效分析復(fù)合纖維中多種聚合物材料的熔融性能，是復(fù)合纖維鑒別的有效手段之一。通過(guò)熔點(diǎn)法可以測(cè)試出復(fù)合纖維中多種聚合物的熔點(diǎn)，可以觀察復(fù)合纖維在升溫過(guò)程中的多次熔融過(guò)程，可初步判定是否為復(fù)合纖維，以及復(fù)合纖維的聚合物組分。對(duì)于某些聚合物，如果其熔點(diǎn)比較接近，則熔點(diǎn)法無(wú)法有效分析區(qū)分。差示掃描量熱(DSC)法能夠得到復(fù)合纖維中各種聚合物材料的熔融曲線，即使復(fù)合纖維中聚合物材料熔點(diǎn)相近，但通過(guò)熔融曲線也可以對(duì)復(fù)合纖維進(jìn)行鑒別，比熔點(diǎn)法更精確，然而DSC儀的費(fèi)用也更昂貴。熱重分析(TGA)法能夠得到復(fù)合纖維中各種聚合物材料的熱分解曲線，不同復(fù)合纖維中聚合物材料的分解溫度和熱分解曲線是不同的，也可以精確分析鑒別復(fù)合纖維。

紅外光譜法能夠精確獲得不同纖維的紅外光譜圖，將未知纖維試樣的紅外光譜圖與已知的標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜圖進(jìn)行比較，能夠鑒別纖維。但是，紅外光譜法并不能鑒別所有類別的復(fù)合纖維，例如皮芯型復(fù)合纖維。拉曼光譜法通過(guò)獲得未知纖維試樣的散射光譜進(jìn)行纖維鑒別，也存在紅外光譜法一樣的局限性。

復(fù)合纖維的鑒別除了使用燃燒法、顯微鏡觀察法、溶解法，需要同時(shí)利用熱分析技術(shù)和光譜分析技術(shù)進(jìn)行分析，才能準(zhǔn)確鑒別復(fù)合纖維的結(jié)構(gòu)和類型。

3.1 熱分析方法

熱分析技術(shù)可用于復(fù)合纖維的熱性能分析，并且是作為復(fù)合纖維鑒別的重要手段和方法，主要包括熔點(diǎn)法、DSC法和TGA法。將DSC法和TGA法等先進(jìn)熱分析技術(shù)相結(jié)合，對(duì)復(fù)合纖維進(jìn)行綜合熱性能分析，能夠更加準(zhǔn)確快速的鑒別復(fù)合纖維。

(1)熔點(diǎn)法

在紡織行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 01057.6—2007[20]《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法 第6部分：熔點(diǎn)法》中，根據(jù)不同的合成纖維具有不同熔點(diǎn)范圍進(jìn)行纖維鑒別，該方法使用熔點(diǎn)儀或帶加熱裝置的偏光顯微鏡，常見纖維的熔點(diǎn)如表2所示。

表2 不同纖維的熔點(diǎn)Tab.2 Melting point of different fibers

(2)DSC法

DSC法是一種快速可靠的熱分析技術(shù)，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，在纖維鑒別領(lǐng)域，其能夠準(zhǔn)確得到纖維的DSC曲線和熔點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)原理是在程序控溫下，獲得試樣和參比物的功率差與溫度的關(guān)系，DSC曲線以試樣吸熱或放熱的速率為縱坐標(biāo)，以溫度或時(shí)間為橫坐標(biāo)。在專利CN105181735B《復(fù)合纖維的鑒別方法》[21]中關(guān)于復(fù)合纖維鑒別方法，其采用的是DSC法，即取不同類型的單組分標(biāo)準(zhǔn)纖維試樣，得到不同類型單組分標(biāo)準(zhǔn)纖維試樣的DSC分析數(shù)據(jù)，建立標(biāo)準(zhǔn)纖維試樣數(shù)據(jù)庫(kù)；然后通過(guò)測(cè)試?yán)w維試樣的DSC分析數(shù)據(jù)，然后與標(biāo)準(zhǔn)纖維試樣數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，該鑒別方法能夠準(zhǔn)確鑒別復(fù)合纖維的成分。

(3)TGA法

TGA法是指在程序控溫下試樣的質(zhì)量與溫度變化關(guān)系的一種熱分析技術(shù)，常被用來(lái)研究各類材料的熱分解性能，也是重要的材料組分的鑒別方法。TGA法可以準(zhǔn)確獲取纖維的熱分解曲線和分解溫度，大部分纖維都有特定的分解溫度，因此TGA法是一種重要的復(fù)合纖維定性鑒別技術(shù)，同時(shí)其還具備對(duì)復(fù)合纖維組分進(jìn)行半定量分析。

在標(biāo)準(zhǔn)GB/T 37631—2019《化學(xué)纖維 熱分解溫度試驗(yàn)方法》[22]中，利用在程序溫度控制下測(cè)量試樣質(zhì)量隨溫度變化的關(guān)系，得到試樣質(zhì)量與溫度的關(guān)系曲線，即熱重(TG)曲線，進(jìn)而獲取試樣的分解溫度。

3.2 光譜法

(1)拉曼光譜法

拉曼光譜是一種散射光譜，通過(guò)對(duì)與入射光頻率不同的散射光譜進(jìn)行分析。散射光與入射光之間的頻率差為拉曼位移，拉曼光譜主要就是通過(guò)拉曼位移來(lái)對(duì)物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)，可用于對(duì)纖維進(jìn)行定性分析。

在標(biāo)準(zhǔn)SN/T 3236—2012《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法 拉曼光譜法》[23]中，通過(guò)將一束激光照射到試樣上，試樣分子與光子之間產(chǎn)生非彈性碰撞，產(chǎn)生拉曼散射，拉曼光譜儀將拉曼散射的強(qiáng)度與拉曼位移作圖，獲得試樣的拉曼光譜，光譜每一個(gè)拉曼位移特征峰包含了試樣分子結(jié)構(gòu)信息。不同物質(zhì)有不同的拉曼光譜圖，將未知纖維與已知纖維的拉曼光譜進(jìn)行比較來(lái)鑒別纖維。

(2)紅外光譜法

紅外光譜法通過(guò)利用不同纖維有不同的紅外光譜圖，將試樣的紅外光譜圖與已知的紅外光譜進(jìn)行比較，從而能夠鑒別纖維。

在紡織行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 01057.8—2012《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法 第8部分：紅外光譜法》[24]中，通過(guò)試樣的紅外光譜圖與標(biāo)準(zhǔn)附錄中給出的標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行比較，根據(jù)其主要吸收譜帶及特征頻率來(lái)判斷纖維種類。

4 鑒別技術(shù)進(jìn)展

在對(duì)兩種復(fù)合纖維混紡物的定性鑒別研究方面，除采用顯微鏡法、溶解法和熔點(diǎn)法等傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)，研究人員紛紛引入熱分析技術(shù)和光譜法來(lái)成功獲得復(fù)合纖維的準(zhǔn)確鑒別。

曹月嬋等[25]采用顯微鏡法、溶解法、紅外光譜法和熔點(diǎn)法對(duì)低熔點(diǎn)聚酯復(fù)合纖維、彈性聚酯復(fù)合纖維的各項(xiàng)性能進(jìn)行測(cè)試，并與單組分的聚酯纖維進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明：低熔點(diǎn)聚酯復(fù)合纖維為皮芯結(jié)構(gòu)，彈性聚酯復(fù)合纖維為并列復(fù)合結(jié)構(gòu)；低熔點(diǎn)聚酯復(fù)合纖維部分溶于質(zhì)量分?jǐn)?shù)75%硫酸等試劑中，彈性聚酯復(fù)合纖維與單組分的聚酯纖維的溶解性能一致；紅外光譜表明這兩種聚酯復(fù)合纖維均為聚酯成分；在熔點(diǎn)測(cè)試中可分別測(cè)得低熔點(diǎn)聚酯復(fù)合纖維和彈性聚酯復(fù)合纖維的熔點(diǎn)，綜合這幾種測(cè)試方法可快速準(zhǔn)確地定性鑒別這兩種聚酯復(fù)合纖維。

丁倩等[26]采用光學(xué)顯微鏡、熔點(diǎn)法、紅外光譜和顯微拉曼光譜4種實(shí)驗(yàn)方法對(duì)皮芯型復(fù)合纖維進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在基于顯微光譜術(shù)對(duì)復(fù)合纖維定性分析研究的同時(shí)，建立部分合成纖維的標(biāo)準(zhǔn)拉曼光譜圖。研究結(jié)果表明顯微拉曼光譜法可快速準(zhǔn)確地鑒別復(fù)合纖維，同時(shí)在定性檢測(cè)合成纖維方面的優(yōu)勢(shì)明顯，可準(zhǔn)確區(qū)分化學(xué)結(jié)構(gòu)相近的同類纖維，顯微拉曼光譜法可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)定性方法難以定性鑒別復(fù)合纖維的缺失。

駱露[27]采用燃燒法、顯微鏡觀察法、溶解法、紅外光譜法及DSC法測(cè)試聚酰胺6(PA 6)/ PP復(fù)合纖維的各項(xiàng)性能。采用FZ/T 01057—2007系列標(biāo)準(zhǔn)中提供的燃燒法、溶解法可以鑒別出PA 6/PP是一種化學(xué)纖維，燃燒性能與PA 6纖維、PP纖維有所不同；顯微鏡法可以鑒別PA 6/PP是皮芯復(fù)合結(jié)構(gòu)；紅外光譜法和溶解法綜合運(yùn)用，可以準(zhǔn)確確認(rèn)復(fù)合組分分別為PA 6和PP，皮層為PA 6，芯層為PP；DSC法進(jìn)一步對(duì)結(jié)果進(jìn)行認(rèn)證。這幾種方法結(jié)合可以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)對(duì)PA 6/PP復(fù)合纖維的定性鑒別。袁聰慧等[28]也采用了溶解法、燃燒法、顯微鏡法、DSC法和紅外光譜法對(duì)PE/PP復(fù)合纖維和PE/PA 6復(fù)合纖維進(jìn)行定性鑒別，為快速鑒別PE/PP纖維和PE/PA 6纖維提供了參考。

李小紅等[29]在傳統(tǒng)燃燒法、顯微鏡法、溶解法的基礎(chǔ)上，通過(guò)引入紅外光譜分析技術(shù)和熱分析技術(shù)(包括DSC法、熔點(diǎn)法)對(duì)同時(shí)含有PE/PP復(fù)合纖維、PE/聚酯復(fù)合纖維的織物進(jìn)行定性分析，結(jié)果表明，兩種復(fù)合纖維均為皮芯結(jié)構(gòu)，其燃燒特征、溶解特征均體現(xiàn)了PE纖維、PP纖維、聚酯纖維這3種纖維的復(fù)合特征，紅外光譜及熱分析可觀察到兩種復(fù)合纖維的皮層與PE單組分纖維的特征、芯層分別與PP、聚酯單組分纖維的特性基本相同。

孫佳益等[30]采用燃燒法、顯微鏡法、溶解法、紅外光譜法和熔點(diǎn)法對(duì)覆聚四氟乙烯(PTFE)膜的PE/PP復(fù)合纖維進(jìn)行了定性鑒別。通過(guò)燃燒法確定該復(fù)合纖維只含有化學(xué)纖維；采用顯微鏡法結(jié)合試樣的橫縱截面可觀察到試樣為同心圓皮芯結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維和膠狀物的膜，采用溶解法將復(fù)合纖維和膜分離，進(jìn)一步用紅外光譜法進(jìn)行分析，鑒別出膜為PTFE膜；用差譜技術(shù)分離PE/PP復(fù)合纖維組分紅外譜圖，最終用熔點(diǎn)測(cè)試驗(yàn)證，鑒別出皮層為PE，芯層為PP，確定該復(fù)合纖維為PE/PP復(fù)合纖維。對(duì)于其他覆膜的紡織品也可以用此方法進(jìn)行綜合分析，即用顯微鏡法觀測(cè)試樣形態(tài)，用溶解法將復(fù)合纖維和膜分離，進(jìn)一步用紅外光譜技術(shù)將提取出的復(fù)合纖維紅外譜圖與標(biāo)準(zhǔn)圖譜比對(duì)，最后采用熔點(diǎn)法驗(yàn)證。

M.M.TAKEMATSU等[31]通過(guò)紅外光譜和其他分析方法分析了由PE、PP和二氧化鈦(TiO2)組成的皮芯雙組分纖維。紅外光譜可以有效表征皮(PE)和芯(PP)聚合物，而且可通過(guò)DSC法進(jìn)行證實(shí)；掃描電子顯微鏡和能量色散X射線光譜儀(SEM / EDS)可研究纖維形貌和元素組成；TGA法和比色分析可以表征和量化其中的TiO2濃度。

ZHU R T等[32]研究了紅外光譜和DSC法的顯微方法，采用透射技術(shù)和衰減全反射法對(duì)皮芯聚合物纖維的內(nèi)外層成分進(jìn)行分析，結(jié)果表明，紅外光譜的透射技術(shù)和全反射衰減法是一種快速、準(zhǔn)確的鑒定皮芯纖維的方法。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)利用復(fù)合纖維技術(shù)可以獲得兩種或多種聚合物的優(yōu)異特性，將不同聚合物材料的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一根纖維中，使得復(fù)合纖維能夠表現(xiàn)出多方面的優(yōu)異性能。如復(fù)合纖維具有易抗靜電、高吸濕、染色、高強(qiáng)度、卷曲等其中兩種或多種特性。

(2)復(fù)合纖維的鑒別除了使用燃燒法、顯微鏡觀察法、溶解法外，還需要同時(shí)利用熱分析技術(shù)和光譜分析技術(shù)進(jìn)行分析，才能準(zhǔn)確鑒別復(fù)合纖維的結(jié)構(gòu)和類型。

(3對(duì)于檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)而言，需要不斷加強(qiáng)對(duì)復(fù)合纖維鑒別技術(shù)的開發(fā)，尤其是利用現(xiàn)代儀器分析結(jié)合傳統(tǒng)分析手段，以達(dá)到準(zhǔn)確、快速、可靠鑒別復(fù)合纖維的目標(biāo)。